Urban Anti-UAV: Podstawy charakterystyki UAV

Aby racjonalnie zbudować miejski system obrony przeciw UAV, podstawowym warunkiem wstępnym jest jasne zrozumienie podstawowego składu i charakterystyki celu systemów UAV. Podstawowa architektura systemu UAV składa się z dwóch kluczowych części: po pierwsze, platformy sprzętowej i oprogramowania pomocniczego pilota zdalnego sterowania (w tym systemu stacji naziemnej); po drugie, platforma sprzętowa samego UAV, system oprogramowania oraz zintegrowany moduł sprzętu i oprogramowania pokładowego ładunku użytecznego. Te dwie części realizują interakcję danych i transmisję poleceń poprzez dwukierunkowe łącza komunikacyjne typu uplink i downlink. Efektywność operacyjną UAV wspierają głównie cztery podstawowe elementy: zdalne sterowanie, transmisja obrazu, nawigacja satelitarna oraz gotowe, wbudowane programy. Dlatego ukierunkowane precyzyjne zakłócanie i przechwytywanie charakterystyk widmowych różnych sygnałów elektromagnetycznych w kluczowych łączach, takich jak łącza komunikacyjne, nawigacja i pozycjonowanie oraz transmisja ładunku misji, mogą skutecznie blokować przepływ informacji i znacznie osłabiać praktyczne możliwości operacyjne UAV.

Obecnie główny cel zapobiegania i kontroli UAV w miejskiej przestrzeni powietrznej koncentruje się na „małych, lekkich i mikro” UAV. Wykorzystując zalety niewielkich rozmiarów i silnego kamuflażu, takie UAV mogą elastycznie wykonywać zadania, takie jak tajny rozpoznanie, obserwacja punktowa i uderzenia precyzyjne w złożonych środowiskach miejskich, a także mogą wykonywać działania taktyczne, takie jak zwodowanie dywersji, co ma istotne zalety w operacjach miejskich. Dlatego też skuteczny środek zaradczy przeciwko „małym, lekkim i mikro” UAV stał się podstawowym wymogiem w zakresie zdolności przy budowie miejskiego systemu operacyjnego przeciw UAV. Zgodnie z mechanizmami kontrolnymi i charakterystyką techniczną takie UAV można podzielić na sześć kategorii, przy czym podstawowe parametry techniczne i właściwości operacyjne każdej kategorii są następujące:

1. Bezzałogowe statki powietrzne klasy konsumenckiej: platformy lotnicze z wieloma wirnikami są głównym nurtem. Charakteryzują się niskimi kosztami produkcji i dogodnymi kanałami dostępu do rynku, małą wysokością lotu, niewielką charakterystyką promieniowania podczerwonego i umiarkowaną prędkością lotu. Takie UAV są w dużym stopniu zależne od sygnałów nawigacji satelitarnej i łączy do transmisji danych. Po poddaniu się zakłóceniom elektromagnetycznym zwykle uruchamiają strategie ochrony bezpieczeństwa, takie jak zawis w trybie gotowości lub przymusowe lądowanie. Chociaż mają one z góry ustalone mechanizmy kontroli stref zakazu lotów, ograniczenia te można łatwo złamać pod względem technicznym, co stwarza ryzyko modyfikacji i wykorzystania przez przestępców; w ich pasmach częstotliwości komunikacyjnych przyjmuje się przeważnie konwencjonalne częstotliwości 2,4 GHz lub 5,8 GHz, a odpowiadający im system technologii wykrywania i kontroli jest stosunkowo dojrzały.

2. 
   

3. Stałopłatowe UAV: ​​Opierają się na ciągu lub uciągu zapewnianym przez urządzenia zasilające podczas lotu i wytwarzają siłę nośną poprzez nieruchome skrzydła na kadłubie. Mają zalety, takie jak duża prędkość lotu, szeroki zasięg działania, długi czas wytrzymałości i wysoka wydajność misji. Jednak takie UAV mają oczywiste ograniczenia: wysoki próg techniczny operacji, wysoki współczynnik ryzyka lotu, stosunkowo krótki czas wytrzymałości w powietrzu oraz wysokie wymagania dotyczące płaskości i otwartości miejsc startów; ponieważ muszą przeprowadzać ataki operacyjne z dużych wysokości w miastach, trajektorie ich lotu są łatwo rejestrowane przez sprzęt do wykrywania na dużych wysokościach, co powoduje niewielką trudność w zakresie środków zaradczych.

4. UAV 4G/5G: Opierają się na publicznych sieciach komunikacyjnych stacji bazowych 4G/5G, aby uzyskać zdalne sterowanie, które może przełamać ograniczenia odległości tradycyjnych łączy i mają takie cechy, jak silna kompatybilność, duża przepustowość transmisji danych komunikacyjnych i duża odległość sterowania. Ich tryb zdalnego sterowania znacznie zwiększa trudność w wykrywaniu i identyfikacji sygnałów sterujących i sygnałów transmisji obrazu, jednak ich wykorzystanie operacyjne jest ściśle ograniczone zasięgiem promieniowania stacji bazowych 4G/5G, co utrudnia wykonywanie operacji lotniczych na dużych wysokościach; mogą wykazywać dobrą efektywność użytkowania w środowiskach na małych wysokościach poniżej 50 m, ale opóźnienie komunikacji wynosi zwykle powyżej 100 ~ 200 ms, co jest trudne do spełnienia taktycznych potrzeb szybkich podróży w złożonych środowiskach miejskich.

5. Bezzałogowe statki powietrzne Wi-Fi: Wyposażone w moduły transmisji obrazu Wi-Fi, oparte na uniwersalnych protokołach komunikacyjnych Wi-Fi, mogą bezpośrednio realizować sterowanie i podgląd obrazu za pośrednictwem inteligentnych terminali, takich jak telefony komórkowe i tablety, przy prostych i wygodnych procesach obsługi. Wraz z popularyzacją i zastosowaniem sieci 5G, dokładność sterowania i jakość transmisji obrazu w UAV WiFi uległy dalszej poprawie. Jednakże, ograniczona charakterystyką techniczną komunikacji WiFi, efektywna odległość transmisji obrazu w większości przypadków ogranicza się do zasięgu kilkuset metrów i jest łatwo blokowana przez zabudowę miejską, co prowadzi do przerwania sygnału komunikacyjnego. Zwykle można go używać tylko w niezakłóconych środowiskach na krótkich dystansach.

6. Bezzałogowe statki powietrzne wyposażone w specjalne technologie: Takie UAV zwiększają możliwości operacyjne poprzez integrację dedykowanych modułów technicznych, obejmujących głównie cztery typy: UAV wzmocnione nawigacją satelitarną są wyposażone w moduły pozycjonowania GPS i nawet w przypadku utraty sygnału transmisji obrazu nadal mogą realizować założone zadania w oparciu o wcześniej ustalone planowanie trasy GPS; bezzałogowe statki powietrzne z nawigacją inercyjną mają możliwości autonomicznego sterowania lotem w pełnym procesie i nie wymagają sterowania w czasie rzeczywistym ani interakcji informacji obrazowych ze stacją naziemną, ale parametry misji muszą być wstępnie załadowane i nie można ich modyfikować w trakcie lotu; UAV dopasowujące obraz opierają się na zarejestrowanych bazach danych dotyczących cech optycznych celu i mogą niezależnie przeprowadzać wyszukiwanie celu, dynamiczne śledzenie, precyzyjne blokowanie i zadania uderzeniowe w wyznaczonym obszarze; UAV dopasowujące się do terenu mogą automatycznie dostosowywać wysokość lotu do terenu, zwykle latając na bardzo małych wysokościach, od kilku do kilkudziesięciu metrów, i unikać wykrycia radarowego i radiowego pod osłoną bałaganu naziemnego. Jednakże w gęsto zaludnionych obszarach miejskich ich wykorzystanie jest niezwykle trudne ze względu na złożoność środowiska.

Chociaż wydano wiele polityk i przepisów regulujących i kontrolujących loty UAV w miejskiej przestrzeni powietrznej, zjawisko nielegalnych lotów UAV (tzw. „czarnych lotów”) nadal występuje, a nagłe wypadki związane z bezpieczeństwem, takie jak awarie UAV, utrata sygnału i kolizje budynków, zdarzają się często. Problemy te nie tylko stwarzają poważne ukryte zagrożenia dla zapobiegania i kontroli bezpieczeństwa publicznego w miastach, ale także stanowią bezpośrednie zagrożenie dla kluczowych celów miejskich, ważnych obszarów o krytycznym znaczeniu i bezpieczeństwa ważnych wydarzeń. Zwłaszcza w obecnym kontekście eskalacji konfrontacji w grach mocarstw, nakładających się sprzeczności krajowych i zagranicznych oraz częstych prowokacji ze strony niestabilnych czynników w otaczających obszarach, gdy takie UAV zostaną wykorzystane przez terrorystów, wrogie siły lub ekstremalnych przestępców do prowadzenia działań sabotażowych i powodowania skrajnych incydentów zagrażających bezpieczeństwu powietrznemu w kluczowych miastach, wywoła to powszechną panikę społeczną i niekorzystne skutki, skutkujące niezmierzonymi ofiarami i stratami majątkowymi.